因为溶洞发育过程中存在一定的不确定性和随机性,溶洞形态特征各异,各向异性明显,且溶洞稳定性受众多因素影响,使得溶洞连通情况千差万别,所以对溶洞稳定性做出准确评判是一项非常困难的工作。
溶洞四周岩体破坏和溶洞顶板垮塌是溶洞围岩失稳的主要表现。岩体在外部荷载作用下产生的滑移破坏和变形是溶洞四周岩体和顶板的主要破坏形式。溶洞形状所决定的应力状态和岩体初始的应力状态,影响着溶洞围岩变形破坏的特点和形式。常见的地下洞室围岩变形破坏形式有块体运动、松动解脱、脆性破裂、塑性变形和弯曲折断等。
对溶洞围岩的应力状态与岩体强度的关系,以及溶洞的变形特征是否超过允许最大变形进行具体评估。
因为溶洞发育过程中存在一定的不确定性和随机性,溶洞形态特征各异,各向异性明显,且溶洞稳定性受众多因素影响,使得溶洞连通情况千差万别,所以对溶洞稳定性做出准确评判是一项非常困难的工作。
溶洞四周岩体破坏和溶洞顶板垮塌是溶洞围岩失稳的主要表现。岩体在外部荷载作用下产生的滑移破坏和变形是溶洞四周岩体和顶板的主要破坏形式。溶洞形状所决定的应力状态和岩体初始的应力状态,影响着溶洞围岩变形破坏的特点和形式。常见的地下洞室围岩变形破坏形式有块体运动、松动解脱、脆性破裂、塑性变形和弯曲折断等。
溶洞稳定性评价的方法在大类上包括定性、半定量和定量方法。由于洞体受力状况和围岩应力场的演变十分复杂,要确定洞体破坏形式和取得符合实际的岩体力学参数很困难,加之受到探测手段的局限,很难查清洞体与围岩的边界条件与性能指标。以数值模型为代表的定量评价方法,在工程实践中的应用受到很大限制。定性和半定量的评价方法应用比较广泛。
定性分析法适用于一般工程或者工程的初勘阶段的溶洞地基稳定性分析评价,包括4个主要方法,即影响因素分析法、经验比拟法、专家分析法和排除法。
影响因素分析法。溶洞稳定性评价的影响因素包括岩性及厚度、裂隙发育状况、岩体产状、洞穴形态与埋藏条件、顶板厚度、溶洞充填情况,以及是否存在地下水的活动等,不同的影响因素均有有利和不利两个方面(见表)。
影响因素 | 对稳定有利 | 对稳定不利 |
岩性及厚度 | 厚层块状,强度高的岩石 | 泥质岩、白云质灰岩,薄层状有互层,岩体软化 |
裂隙状况 | 无断裂,裂隙不发育或胶结好 | 有断层通过,裂隙发育,岩体被两组以上裂隙切割,裂隙张开,岩体呈平砌状 |
岩体产状 | 走向与洞轴正交或斜交,倾角平缓 | 走向与洞轴平行,陡倾角 |
洞穴形态与埋藏条件 | 洞体小,呈竖向延伸井状,可见钙质沉积 | 洞径大,扁平状,复体相连。埋藏浅,在地基附近 |
顶板情况 | 顶板岩层厚度与洞径比值大,顶板呈板状或拱状,可见钙质沉积 | 顶板岩层厚度与洞径比值小,有悬挂岩体,被裂隙切割且未胶结 |
充填情况 | 为密实沉积物填满,且无水冲蚀的可能 | 未充填或半充填,水流冲蚀填充物,洞中见有近期塌落物 |
地下水 | 无 | 有水流或间歇性水流,流速大,有承压性 |
经验比拟法。由于涉及岩溶问题的公路、铁路、桥梁、隧道与民用建筑以及大型的水利水电枢纽坝基等工程实例较多,经验比拟法根据评价对象的工程地质条件,与条件相似的已有成功或失败工程实例进行类比评价。
专家打分法。利用已有的反映岩溶问题的工程实录,建立集岩溶工程地质评价、物探测试方法、不同岩性物理力学指标、地基稳定性评价和岩溶地基处理方法于一身的智能专家系统,通过初步勘查、简单的测试参数,利用专家分析系统对岩溶工程地质及地基稳定性做出快速定性评价。
排除法。在众多岩溶形态条件及其对工程不同影响群体中,从既定的工程使用要求出发,划出一些经验公认的对工程属安全或不安全的两个极端的若干范围与条件,以作为工程评价的依据。而在这两个范围之外的情况,结合工程和洞体的具体条件进行单独研究和评价。
使用极为简化的模型结合大量工程实践经验进行的混合方法。这种方法可以利用较少的数据资料评价导致溶洞失稳影响和抵抗失稳力之间的关系,在选取一定的安全系数后指导设计施工。中国公路路基设计规范所提及的顶板厚跨比法,就是利用溶洞顶部围岩的跨度和厚度比值对溶洞稳定性进行基本评价。